第1章 第2节 第2课时 安培力作用下的运动及其应用-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步教参（教科版·新教材）

第2课时　安培力作用下的运动及其应用 知识点一　四种方法分析导体的运动 1．电流元法 如图甲所示，将通电直导线AB用弹性绳悬挂在蹄形磁体的正上方，直导线可自由转动。 把直线电流等效为AO、BO两段电流元，如图乙所示，导线将逆时针转动(俯视)。 2．特殊位置法 如图丙所示，将导线逆时针转过90°的特殊位置来分析，可知安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动，绳子拉力变大。 3．等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可等效成条形磁体或多个环形电流，反过来等效也成立。 如图丁所示，把环形电流等效成小磁针，可知环形电流受到的安培力方向向左。 4．推论法 (1)两直线电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。 (2)两直线电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势。 　如图所示，把一所受重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看) (　　) A．顺时针方向转动，同时下降 B．顺时针方向转动，同时上升 C．逆时针方向转动，同时下降 D．逆时针方向转动，同时上升 [解析]　 如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分。中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力；左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则知其受力方向向外；右端一段所在处的磁场方向斜向下，其受力方向向里。当导线转过一定角度时，导线中间一段电流的方向不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C正确。 [答案]　C 　如图所示，在固定放置的条形磁铁S极附近悬挂一个金属线圈，线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内。当在线圈中通入沿图示方向的电流时，将会看到 (　　) A．线圈向左平移 B．线圈向右平移 C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 [解析]　线圈通以逆时针方向的电流，由于处于S极的磁体附近，磁感线从右侧进入S极，根据左手定则可得，线圈左边受垂直于纸面向内的安培力，线圈右边受垂直于纸面向外的安培力，所以线圈还会绕着悬线轴线旋转，不属于单纯的平移，故A、B错误；从上往下看，线圈顺时针转动，由环形电流产生的磁场，根据安培定则可得纸张外侧相当于N极，在线圈旋转至转过90°角时，环形电流产生的磁场与条形磁铁S极逐渐相向，二者异名磁极相互吸引，导致线圈在顺时针转动的同时向磁铁靠近，故C正确，D错误。 [答案]　C 　如图，固定直导线C垂直于纸面放置，可动直导线AB通以方向如图所示的电流，用测力计悬挂在导线C的正上方。若导线C中通以垂直于纸面向外的电流，以下判断正确的是 (　　) A．导线A端转向读者，同时测力计读数减小 B．导线B端转向读者，同时测力计读数减小 C．导线A端转向读者，同时测力计读数增大 D．导线B端转向读者，同时测力计读数增大 [解析]　同向电流相互吸引，所以相互作用的两个通电导线会朝着电流方向一致的方向转动，且相互靠近，所以导线B端将转向读者，且和导线C相互吸引，则测力计示数增大，故D正确，A、B、C错误。 [答案]　D 知识点二　安培力作用下的动力学问题 　如图所示，间距L＝ m的平行金属导轨倾斜放置，与水平面的夹角θ＝30°。一质量m＝0.01 kg的金属棒垂直于导轨放置，并与定值电阻R(大小未知)、电动势E＝2 V(内阻不计)的电源、开关S构成闭合回路，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小B＝0.35 T的匀强磁场中。闭合开关S，金属棒恰好不会沿导轨向上滑动。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导轨和金属棒的电阻均不计，重力加速度g取10 m/s2，金属棒始终与导轨垂直且接触良好。 (1)求电阻R的阻值。 (2)若把电源更换为电动势E′＝4.0 V、内阻r＝1 Ω的电源，闭合开关S时，求金属棒的瞬时加速度大小。 [解析]　 (1)金属棒恰好不向上滑动，所受的摩擦力方向沿导轨向下，对金属棒受力分析如图所示 由平衡条件可知mg sin θ＋μ(mg cos θ＋F安sin θ)－F安cos θ＝0 又F安＝BL 联立解得R＝9 Ω。 (2)若把电源更换为电动势为4 V、内阻为1 Ω的电源，闭合开关S的瞬间，金属棒所受的安培力大小F安′＝BL>F安 根据牛顿第二定律有F安′cos θ－mg sin θ－μ(mg cos θ＋F安′sin θ)＝ma 解得a＝7 m/s2。 [答案]　(1)9 Ω　(2)7 m/s2 知识点三　直流电动机和电磁炮 1．直流电动机的工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力的作用旋转，当线圈与磁场垂直时，线圈靠惯性转动，此时电流改变方向，线圈受安培力继续转动。 2．电磁炮的工作原理 通电导线在强磁场中受安培力加速运动。 　(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将 (　　) A．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 [解析]　根据直流发电机的原理可知，线圈在安培力的作用下转到线圈平面与磁场方向垂直时，需改变电流方向，或使电流为零，线圈才能持续转动，故A、D符合题意。 [答案]　AD 　电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。图为某次试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m。若发射质量为50 g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s。轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是 (　　) A．磁场方向为竖直向下 B．磁场方向为水平向右 C．磁感应强度的大小为103T D．电磁炮的加速度大小为3×105m/s2 [解析]　炮弹受到的安培力向右，根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，故A、B错误；由速度位移公式2ax＝v2，其中x＝7.5 m，解得电磁炮的加速度大小a＝6×105 m/s2，根据牛顿第二定律BIL＝ma，其中L＝1.5 m，解得B＝103 T，故C正确，D错误。 [答案]　C 1．(安培力作用下导体的运动)如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是 (　　) A．都绕圆柱转动 B．以不等的加速度相向运动 C．以相等的加速度相向运动 D．以相等的加速度相背运动 解析：选C。同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两线圈间相互作用力必大小相等，C正确。 2．(安培力作用下导体的运动)如图所示，KN和LM是圆心为O、半径分别为ON和OM的同心圆弧，在O处有电流方向垂直于纸面向外的载流直导线。用一根导线围成KLMN回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，下列说法正确的是 (　　) A．KL边受到垂直于纸面向里的力 B．线框KLMN将向右平动 C．MN边垂直于纸面向里运动 D．线框KLMN将在纸面内绕通过O点并垂直于纸面的轴转动 解析：选C。垂直于纸面的导线，电流方向向外，根据安培定则可知，其磁感线是以导线为圆心的逆时针方向的一系列同心圆，再根据左手定则可知，KL边受到的安培力垂直于纸面向外，则将垂直于纸面向外运动，故A错误；MN边受到的安培力垂直于纸面向里，则将垂直于纸面向里运动，故C正确；从右侧观察线框KLMN逆时针转动，故B、D错误。 3．(电动机原理)将一节五号干电池的负极放在强磁铁上，强磁铁产生磁场的磁感线如图所示。将一矩形金属框与该电池组成闭合回路，在安培力作用下，线框发生转动，这样就构成一台简易“电动机”，下列说法正确的是 (　　) A．图中强磁铁下端为N极 B．从上向下看，图中金属框将逆时针转动 C．调转磁极，再次接入后金属框将反向转动 D．电池消耗的电能全部转化为金属框的动能 解析：选C。根据磁场的磁感线分布可知强磁铁下端为S极，A错误；由于金属框下方的磁感应强度比上方的大，研究金属框下方的受力情况，根据左手定则可知，从上向下看，题图中金属框将顺时针转动，B错误；调转磁极，安培力方向将反向，故再次接入后金属框将反向转动，C正确；电池消耗的电能一部分转化为金属框的动能，一部分转化为内能，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $